Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство энергетики РФ

Управление кадров и социальной политики

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Тепловой расчет турбины ПТ-25-90/11

Руководитель Разработал студент

Козловская Н.И. Харламов А. И.

УТВЕРЖДЕН

КП.1093.1005.2004.ЛУ

Тепловой расчет турбины К-300-240

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КП.1093.1005.2003.П.З

Содержание пояснительной записки

Введение. Краткое описание проектируемой турбины.

1 Определение расчётного расхода пара на турбину (с построением ориентировочного рабочего процесса в hs - диаграмме)

2 тепловой расчёт проточной части турбины (при многоцилиндровой конструкции - одного из цилиндров)

2.1 расчёт регулирующей ступени

2.2 расчёт нерегулируемых ступеней проточной части:

определение числа ступеней, их диаметров, тепловых перепадов, высот сопловых и рабочих решёток, детальный расчёт ступени (возможен детальный расчёт только первой и последней ступеней). Расчёты ступеней проточной части производится с построением треугольников скоростей и процесса расширения пара по ступеням в hs - диаграмме.

2.3 Расчёт электрической мощности турбины (внутренней мощности цилиндра)

2.4 Расчёт треугольников скоростей ступеней.

3 Специальное задание (краткое описание заданного узла или деталей турбины).

Список используемой литературы

Графическая часть

Лист 1. продольный разрез турбины (цилиндра)

3.2 чертёж по специальному заданию

Примечание. Допускается замена графической части КП на изготовление макетов, плакатов и других наглядных пособий. При выполнении КП необходимо пользоваться «методическими указаниями по выполнению курсового и дипломного проектирования».

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ЭКОНОМИКО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

ЗАДАНИЕ

На курсовой проект по дисциплине «Турбинные установки тепловых электростанций»

Тема: Тепловой расчёт турбины К-300-240

Студенту _ Канину А.В.

Группы _ Т-52-11

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Номинальная мощность турбины _ 132 мВт

1.2 Начальные параметры пара:

давление _ 24 МПа, температура _ 545 С

1.3 Давление отработавшего пара на выходе из выхлопного патрубка 3,6 МПа

1.4 Частота вращения _ 3000 об/мин

1.5 Для турбины типа К

а) производственный отбор пара:

давление _ 11 кПа, величина отбора _ 15 кг/сек

б) теплофикационный отбор пара:

давление _ 1,1 кПа, величина отбора _ 15 кг/сек

1.6 Специальное задание: Работа турбины при переменном пропуске пара.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. Краткое описание турбины К-300-240

1. Расчёт расхода пара на турбину

2. Расчет тепловой ступени

3. Расчёт первого отсека

4. Расчёт второго отсека

5. Расчёт третьего отсека

6. Расчёт регулирующей ступени

7. Расчёт сопловой решётки

8. Расчёт рабочей решётки

9. Расчёт нерегулируемых ступеней части высокого давления

10. Сводная таблица расчёта для первых пяти ступеней в отсеке высокого давления

11. Подробный расчёт первых пяти нерегулируемых ступеней (с построением треугольников скоростей)

12. Работа турбины при переменном пропуске пара

13. Работа турбины при переменном режиме с постоянным начальным давлением

14. Работа турбины при переменном режиме со скользящим начальным давлением

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТУРБИНЫ К-300-240

1. Краткое описание и основные данные по турбоустановке

Паровая, конденсационная, одновальная турбина К-300-240 ХТГЗ, номинальной мощностью 300 мВт, работающая при частоте вращения 3000 об/мин, предназначена для привода генератора переменного тока. Турбина рассчитана для работы с параметрами свежего пара перед стопорными клапанами цилиндра высокого давления (ЦВД) турбины 240 кг*см2 и 5600С и температурой пара после промперегрева, измененной перед стопорными клапанами цилиндра среднего давления (ЦВД)5650С.

Номинальным (расчетным) является режим работы турбоагрегата при номинальных значениях следующих показателей:

мощности генератора;

параметров свежего пара;

температуры пара после промперегрева;

количества и температуры охлаждающей воды;

Номинальный режим достигается при полностью включенной системе генерации турбины и отборах пара на испарительную установку, имеющую паропроизводительность 2% расхода пара на турбину, на бойлерную установку, работающую по графику 130/700 и имеющую производительность 15 Гкал/ч, и на подогрев воздуха в котле.

Основные технические /расчетные/ показатели работы турбоагрегата при номинальном режиме следующие:

Номинальная мощность 300 мВт

Частота вращения ротора 3000 об/мин.

Давление свежего пара перед блоками клапанов ЦВД 240* кгс/см2

Температура свежего пара перед блоками клапанов ЦВД 560°С

Давление пара на выходе из ЦВД 40* кгс/см2

Температура пара на выходе из ЦВД 309°С

* - значение абсолютного давления7

В соответствии с указаниями эксплуатационного циркуляра № Т-4(71) по вопросу снижения температуры перегретого пара энергоустановок, СЦН ТИ ОРГТЭС 1971 (температура свежего пара и пара после промперегрева снижена перед турбиной до 540°С).

Давление пара после промперегрева перед входом в ЦСД - 36 кгс/см2.

Температура пара после промперегрева перед блоками клапанов ЦСД - 565°С

Давление в конденсаторе при расчетной температуре охлаждающей воды +12°С и расчетном ее расходе 34805 м3/час - 0,035 кгс/см2

Температура питательной воды после ПВД - 265°С

Турбина имеет девять нерегулируемых отборов пара, предназначенных для подогрева питательной воды в ПВД и основного конденсата в ПНД..

Допускается дополнительный расход пара на нужды электростанции в следующем количестве:

Из линий холодного промперегрева - 40 т/ч.

Турбина представляет собой одновальный трехцилиндровый агрегат с тремя выхлопами пара в один общий конденсатор, Свежий пар из котла подается к двум отдельно стоящим блокам клапанов парораспределения ЦВД. турбина сопловый давление

В каждом блоке клапанов парораспределения ЦВД расположено по одному стопорному и по три регулирующих клапана. После регулирующих клапанов пар по десяти перепускным трубам поступает к четырем паровпускным патрубкам ЦВД. Паровпускные патрубки расположены на корпусе ЦВД симметрично - два сверху и два снизу.

Парораспределение турбины - сопловое. Через паровпускные патрубки свежий пар подается к сопловым камерам, выполненным во внутреннем корпусе ЦВД.

Сопловых камер четыре: первые две работают параллельно, остальные две - последовательно.

В ЦВД расположено II ступени давления, в том числе одновенечная, регулирующая ступень. После ЦВД пар отводится в промежуточный пароперегреватель котлоагрегата, а затем направляется обратно в турбину через блоки клапанов ЦСД.8

Цилиндр среднего давления однопоточный и конструктивно выполнен из двух частей: из части среднего давления и первого потока части низкого давления.

Часть среднего давления имеет 12 ступеней, после которых две трети пара перепускаются по двум ресиверам диаметром 1000 мм в двухпоточный цилиндр низкого давления, а одна треть пара поступает непосредственно в первый поток низкого давления (ЦНД), являющийся продолжением ЦСД. Первый поток низкого давления имеет пять ступеней давления, цилиндр низкого давления выполнен двухпоточным, с пятью ступенями давления в каждом потоке. Впуск пара производится в среднюю часть цилиндра сверху.

Отработанный в турбине пар отводится в один поверхностный двухходовой конденсатор.

Выхлопные патрубки ЦСД и ЦНД турбины привариваются к конденсатору на монтаже.

Для уменьшения относительного расширения роторов среднего и низкого давления и осевых усилий, возникающих в турбине, цилиндр высокого давления выполнен с направлением потока пара от ЦСД к переднему подшипнику, т.е. противоположным направлению пара в ЦСД. Упорный подшипник турбины при этом выполнен между ЦВД и ЦСД.

Ротор турбины, если смотреть на него в сторону генератора, вращается по часовой стрелке.

В передней части ЦВД выполнен двухкорпусным. Во внутреннем корпусе расположен сопловой аппарат и диафрагмы 2-й и 5-й ступеней. Диафрагмы 6-й - 11-й ступеней ЦВД расположены в двух обоймах. Эти обоймы совместно с наружным корпусом образуют камеры для отвода пара на регенерацию. Отборы пара на регенерацию осуществляются за 8-й и 11-й ступенями ЦВД.

Цилиндр среднего давления турбины выполнен однокорпусным с вставными литыми обоймами. В части среднего давления турбины ЦСД отборы пара на регенерацию производятся за 4-й, 8-й и 10-й ступенями. В первом потоке низкого давления ЦСД за 1-й ступенью выполнен один отбор пара на регенерацию.

В ЦНД, во втором и третьем потоках отборы пара на регенерацию выполнены непосредственно из камеры паровпуска за 2-й и 3-й ступенями.9

Роторы высокого и среднего давления соединены жесткой муфтой и имеют общий средний подшипник. Роторы среднего и низкого давления, а также роторы низкого давления турбины и генератора соединены полугибкими муфтами.

Значения критической частоты вращения системы роторов турбины и генератора ТГВ-300 приведены в таблице №1.

Таблица№1. Критическая частота вращения системы роторов турбины и генератора

Наименование	Порядковый номер критической частоты вращения
	1	2	3	4	5
Критическая частота вращения, об/мин	1200	1370	1680	1940-2060	4660*
*Расчетное значение.

Турбина имеет паровые лабиринтовые уплотнения цилиндров. В предпоследние камеры лабиринтовых уплотнений подается пар с параметрами 0,1-0,3 кгс/см2 и 164°С из коллектора, давление в котором поддерживается регулятором. При работе турбоагрегата подача пара в коллектор и далее к уплотнениям турбины осуществляется из уравнительной линии деаэратора.

При пусках турбины из неостывшего и горячего состояний предусмотрено разделение коллектора на две части, что позволяет производить подачу пара на уплотнения ЦВД и переднее уплотнение ЦСД с параметрами 0,1 кгс/см2 и 300-350°С от общестанционной магистрали через дополнительный регулятор давления, в то время как на заднее уплотнение ЦСД и уплотнения ЦНД пар подается из уравнительной линии деаэратора по нормальной схеме.

Ротор турбины лежит на пяти опорных подшипниках самоустанавливающегося типа. Конструкция всех опорных подшипников одинакова. Смазка подшипников форсированная. Масло подается под давлением свыше 1,7 кг/см2. Для восприятия осевых усилий ротора, а также для установки его в необходимее осевое положение является двусторонний упорный подшипник самоустанавливающегося типа. С каждой стороны упорного гребня расположены упорные подушки. Масло в упорный подшипник подведено к нижней половине обоймы упорного подшипника. Слив масла 10 осуществляется через диафрагмы в верхней половине обоймы. Для уплотнения вала в местах его выхода на обоймы установлены кольца.

В турбине установлено 6 маслоотстойников для устранения протечек масла из корпуса подшипников.

Для равномерного прогрева ротора во время пуска, а также для равномерного охлаждения ротора во время останова турбины, производится вращение ротора турбины валоповоротным устройством, которое установлено на крышке подшипника ЦНД, со стороны генератора. Валоповоротное устройство в качестве привода имеет электродвигатель

Фикс-пункт турбины расположен в районе второго потока ЦНД расширение агрегата происходит в сторону переднего подшипника ЦВД и незначительно в сторону генератора.

Для улучшения условий прогрева турбины и сокращения времени пуска предусмотрено паровой обогрев фланцев и шпилек ЦВД и ЦСД.

При пусках блока и сброса нагрузки предусматривается прием пара в конденсатор от БРОУ в количестве до 508 т/ч с параметрами 6,65 кгс/см2- и 200-220°С. Предусмотрен также прием в конденсатор пароводяной смеси из растопочного сепаратора котла в количестве до 300 т/с с температурой не более 2000С.

Турбина, конденсатор и вспомогательное оборудование снабжены необходимым количеством измерительных приборов непосредственного действия, обеспечивающих правильную и безопасную эксплуатацию осей турбинной установки и ее отдельных частей.

1. РАСЧЁТ РАСХОДА ПАРА НА ТУРБИНУ

1 Давление пара Р перед регулирующей ступени с учетом потерь на дросселирование в регулирующей ступени. КПа

Р0 =24*0.95=22,8 МПа

2 Определяем распологаемый теплоперепад с учётом потерь на дросселирование в регулирующем клапане. КДж/кг

Н0 - нулевая точка, начальная энтальпия.

hz - энтальпия после первой ступени.

Vz - удельный объем в точке z.

Но = hо-hz = 3335 - 2857 = 478 КДж/кг

3 Определяем относительный электрический КПД цилиндра.

оэ = oi*max*эг = 0,79.

Задаемся:

эг - 0,99.

max - 0,985.

oi - 0,81 (уточняется в результате расчета).

оэ = 0,79 относительный КПД цилиндра.

4 Определяем расход пара на цилиндр. Кг/сек

Gо = Nо/Hо*оэ

G = 132*10⁶/478 * 0,79=349,557 кг/сек

2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СТУПЕНИ

1 Принимаем однолинеечную температуру пара. РС - ступени не должна превышать предельных расчетных сил ротора.

^рс = 0,76 ч 0,82.

2 Определяем параметры пара в камере регулирующей ступени:

Н2 - 3232.

t2 - 483єС.

Р2 - 16,5 МПа.

V2t - 0,018 м³/кг.

3 Выбираем из конструктивных соображений:

Q - степень реактивности.

Для РС g =0,03 ч 0,1

Принимаем g = 0,04 - 0,06

1 - угол выхода из сопловой решетки задается в пределах от 12 ч 16є

Принимаем 1 = 12є

4 Определяем средний диаметр регулирующей ступени

1. Фиктивная изоэнтропийная скорость пара, рассчитанная по располагаемому теплоперепаду

Сф = 44,72 * H^рс = 447,2 м/с.

2. Окружная скорость вращения диска по среднему диаметру регулирующей ступени.

U = П d^рсn/G₀

U/Cф для Н₀ = 100 КДж/кг, состояние

U = 447,2 * 0,3862 = 172,7.

5 Определяем средний диаметр ступени.

n = 3000 об/м - частота вращения ротора = 50 об/сек.

d^рс= U/ Пn - 172,7/3,14*50 = 1,1м.

Нос = (1-g) Ho

Нос = (1-0,04) *100=96 КДж/кг.

По h,s диаграмме находим P₁= 168 бар = 16,8 МПа.

V₁ = 0,0172.

6 Определяем теоретическую скорость выхода из сопловой решетки.

C₁t = 2Нос = 2*69*10³ = 438,178 м/с.

7 Определяем безразмерную скорость потока из сопловой решетки.

Где к - показатель изоэнтропы для перегретого пара = 1,3;

V₁t = 0,0172 - удельный объем пара за сопловой решеткой.

A₁t - скорость звука на выходе из сопловой решетки при изоэнтропийном истечении A₁t м/с.

М₁t = C₁t/ A₁t = 0,7.

8 Выбираем профиль сопловой решетки:

если М₁t ? 1,4 применяют профиль с суживающими устройствами,

если М₁t ? 1,4 то применяют профили образующие расширяющиеся каналы.

По значениям М₁t и 1 выбирают профили сопловой решетки из таблицы 1 = 12є.

Выбираем сопловую решетку С-9012А,

С - сопловая решетка;

90 - є градусов угол входа ₀ = 90є, ₁ = 12є;

12А - М₁ = 0,7 т.е. меньше 0,9 по таблице.

А - означает дозвуковая лопатка т.е. М<1.

9 Определяем выходную площадь сопловой решетки:

F₁ = G*V₁t/M_1*C₁t.

М₁ - коэффициент распада сопловой решетки определяется по графику зависимости по с. Для сухого перегретого пара М₁=0,937.

10 Определяем высоту сопловой решетки:

Произведение e*l₁= F₁(мм)²/П*d^pc*sin = 0.0147-10⁶/3.14*1100*0.207911=20,5мм

Оптимальная степень парциальности.

lопт = (0,5ч0,7)* el₁= 0,6*1,43 = 0,859;

тогда l₁=e* l₁/lопт = 20,5/0,869=23,8 мм.

После расчета l₁ можно определить число каналов сопловой решетки:

Z₁ = П*d^pc*lопт/t₁/

t₁ = tопт* l₁ = (0,72 ч 0,87)*b₁.

b₁ - принимаем по таблице характеристик профилей сопловых решеток для С-90-12А.

b₁ - 6,25 см.

t₁ = 0,72*6,25=45 мм.

Z₁ = 3,14*1100*0,86/45 = 66.

11 Определяем коэффициент скорости сопловой решетки:

ц = 0,98-0,09 (b₁/ b₂), мм

где b₁ = 6,25 см. (п.2.10)

l₁ = 23,8 мм.

ц = 0,98 - 0,09(62,5/23,8) = 0,98-0,024=0,96.

12 Определяем действительную скорость выхода выхода потока из сопловой решетки.

С₁ = ц* С₁t = 0,96*438,178 = 420 м/с.

13 Строим треугольник скоростей на выходе из сопловой решетки.

Начинаем с отложения горизонтальной линии.

См. прил.1

Масштаб построения 4м/с = 1мм.

ю₁ = 64*4=256 м/с.

B₁ - 21,6є.

14 Определяем скорость выхода потока из сопловой решетки в относительном движении.

ю₁= U² +(C₁)²-2UC₁*cos1 = 172,2² + 420²-2*172,7*420*0,978147=29825,29+176400-141897,83=253,6.

15 Определяем угол выхода потока из сопловой решетки

Я1= arctg * sin1/cos1- (u/c₁) = arctg *(0,207911/0,978147-(172/420)= arctg 0,3667519= 20,14є.

Значения, полученные графическим и расчетным путем должны совпадать с погрешностью не более 1%.

16 Определяем теоретическую относительную скорость пара из рабочей решетки.

ю₂t = (ю₁)²+2g*Н₀=253,6²+2*0,04*100=64312,96+8000=268,9 м/с.

17 Определяем площадь выхода из рабочей решетки.

F₂ = G*х₂t/M₂* ю₂t = 349,557*0,018/0,937*268,9=0,0244972м².

М₂ - коэффициент расхода рабочей решетки.

18 Определяем высоту рабочей решетки.

l₂=l₁+1+2, где 1 и 2 - перекрыши рабочей решетки над сопловой.

Для ступеней активного типа с высотой сопловой решетки l₁<35мм;

1 = ?1мм; 2 = ? 2мм.

l₂ = 23,8+1+2=26,8мм.

19 Определяем угол выхода потока из рабочей решеткив относительном движении.

Я2 = arcsin * F₂ /П*d*l₂*e = 0.024972/3,14*1,1*0,0268*0,86 = 0,024972/0,

07960 = arcsin 0,31371859=18,3є.

20 Выбираем профиль рабочей решетки

М₂t = ю₂t/k*p₂* х₂t=268,9/1,3*16,5*10⁶*0,018=268,9/386100= 268,9/621,369=0,43.

Профили рабочей решетки выбираем по углу Я2 и М₂t.

Выбираем профиль Р-26-17А.

Р - рабочая;

26 - угол входа;

17 - угол выхода;

А - докритическая.

21 Определяем действительную относительную скорость пара на выходе из рабочей решетки.

W₂ = ш* ю₂t

ш = 0,957-0,11 (b₂/l₂) = 0,957-0,0105=0,947.

b₂ - выбирается из таблицы характеристик, b₂ = 2,57см.

l₂ =26,8мм.

W₂ =0,947*268,9=254,64 м/с.

22 Построение треугольника скоростей на выходе из рабочей решетки.

Выходной треугольник скоростей строят по углу Я2 и вектором скоростей W₂ и U в том же масштабе, что и для входного треугольника. С₂ = 112 м/с, 2 = 49,2є.

23 Определяем угол выхода потока из рабочей решетки в абсолютном движении:

2 = arc tg(sin Я2/cosЯ2-(U/ W₂)) = arc tg (sin18,3є/cos 18,3є-(172,7/254,64))= 0,313992/(0,949425-0,678212)=0,313992/0,271213=arc tg 1,15773211=49,2є.

24 Определяем скорость выхода потока из рабочей решетки в абсолютном движении.

Задаёмся теплоперепадом регулиющей ступени.

Но = 100 КДж/кг

h2t = h0-H0 = 3510-100 = 3410 КДж/кг

Р2 = 16,5 МПа V0 = 0.0173

Определяем внутренний относительный КПД ступени.

Noj = 0.83-0.2/Gо* Ро/Vо

Noj = 0.83-0.2/35,55*8,550/0.043 = 0.75

3 Определяем действительный теплоперепад регулирующей ступени. КДж/кг

Нj = Ho*oj = 100*0.75 = 75 КДж/кг

4 Ищем точку начала процесса в нерегулирующих ступенях.

h2 = hо = hо-Hj = 3510-75 = 3435

3. РАСЧЁТ ПЕРВОГО ОТСЕКА

1 Определяем распологаемый теплоперепад 1 отсека. КДж/кг

Но = hо-hkt = 3435-2940 = 495 КДж/кг

2 Определяем oj , %

=Р2/Рпо = 6300/1100 = 5,73

Gо*Vо = 35,55*0.056 = 1,991

oj = 89%

3 Определяем дейсивительный теплоперепад 1 отсека. КДж/кг

Нj = Hо*oj = 495*0.89 = 440,55 КДж/Кг

Строим действительный процесс расширения пара 1 отсека.

Hk = hо-Hj = 3435-440,55 = 2994,45

4. РАСЧЁТ ВТОРОГО ОТСЕКА

hпо = 0.9 Pпо = Рпо*0,9 = 1100*0,9 = 990

2 hо = 2994,45 V0 = 0.25

3 Определяем распологаемый теплоперепад 2 отсека. КДж/кг

Но = hо-hkt = 2994,45-2565 = 429,45 КДж/кг

4 Определяем noj отсека по формуле . %

oj = oj-Kу-вс- noj вл

(Gо*Vо) = (Gо-Gпо)*Vо = (35,55-15)*0,25 = 5,14

= Рпо/Рто = 990/110 = 9 oj = 91%

у2t = у2t*Hо/Hо = 5*160/429,45 = 1,86

у2t = (1-x2t)* 100% = (1-0.95)*100% = 5

Hо = h-hkt = 2725-2565 = 160

Pср = Рпо+Ро/2 = 990+110/2 = 550

Noj = 0.8 Ку = 0,99%

Noj = 91*0.99-0,8 = 89,29%

5 Определяем действительный теплоперепад 2 отсека. КДж/кг

Hj = Hо*oj = 429,45*0,89 = 382,21

hk = hо-Hj = 3041-410 = 2611,24

5. РАСЧЁТ ТРЕТЬЕГО ОТСЕКА

то = 0,7 Рто = 0,7*110 = 77

hо = hk = 2611,24 V₀ = 2,3

3 Определяем распологаемый теплоперепад 3 отсека. КДж/кг

Но = hо-hkt = 2611,24-2260 = 351,24

4 Определяем noj отсека по формуле. %

noj = noj*Kу-вс-noj вл

(Gо-Vо) = (Gо-Gпо-Gто)*V0 = (35,55-15-15)*2,3 = 12,77

= Рто/Р2z = 77/6,6 = 11,67 = 92,4% Ky = 0,998

вс = hвс/Но*100% =11/351,24*100 = 3,13

у2t = у2t = (1-x2t)*100 = (1-0.872)*100 = 12.8

Рср = Рто+Р2z/2 = 77+6,6/2 = 41,8 =0,041 МПа

oj = 7%

oj = 92,4*0,988-3,13-7 = 81,16%

5Определяем действительный теплоперепад 3 отсека. КДж/кг

Hj = Hо*oj = 351,24*0,812 = 285,21

hk = hо-Hj = 2611,24-285,21 = 2326,03

6 Действительный теплоперепад турбины. КДж/кг

Hj = hо-hk = 3510-2326,03 = 1183,97 КДж/кг

7 Уточняем расход пара на турбину. Кг/сек

G = Nэ/Hj*м*г+Упо*Gпо+Уто*Gто = 25000/1183,97*0,98*0,96+0,58*15+0,272*15 = 35,22 кг/сек

6. РАСЧЁТ РЕГУЛИРУЮЩЕЙ СТУПЕНИ

Определение среднего диаметра ступени.

Но = 100КДж/кг

Фиктивная изоэнтропийная скорость Сф. м/с

Сф = 2000*Но = 2000*100 = 447 м/с

Определяем оптимальное отношение скоростей.

Хф = 0,385

Окружная скорость вращения рабочих лопаток. м/с

И = Хф-Сф = 447*0,385 = 172,18

Средний диаметр ступени. м

d = И/П*п = 172,18/3,14*50с = 1,09 м

7. РАСЧЁТ СОПЛОВОЙ РЕШЁТКИ

1 Распологаемый теплоперепад сопловой решётки. КДж/кг

Нос = Но*(1-р) = 100*(1-0,1) = 90

2 Абсолютная теоретическая скорость потока на выходе из сопловой решётки при изоэнтропийном расширении пара. м/с

С1t = 2000*90 = 427 м/с

3 Число Маха для теоретического процесса расширения пара.

М1t = C1t/A1t = 435/675,4 = 0,64

A1t = k*P1*V1t *10 = 1,3*6,5*0,053 *10³ = 669,22

Расчёт суживающихся сопл при докритическом истечении пара.

4 Сечение для выхода пара из сопловой решётки.

F1 = G*V1t/m1*G1t = 35,22*0,053/0,91*427,26 = 0,0048

5 Произведение степени парциальности ступени на высоту сопловой решётки. м

el1 = F1/П*d*sin 1 = 0,0048/3,14*1,09*sin11 = 0,00816м

6 Оптимальная степень парциальности.

е = 0,5*еl1 = 0,5*0,816 = 0,45166

7 Высота сопловой решётки. см

l1 = el1/e = 0,816/0,45166 = 1,80666

8 Потеря энергии в соплах. КДж/кг

hc = (1-)*Hoc = (1-0,97)*90 = 2,7

Тип профиля сопловой решётки.

С-90-12А

По характеристике выбранной сопловой решётки принимаются:

tопт = 0,8 в1 = 62,5 мм

11 Шаг решётки. мм

t = в1*tопт = 62,5*0,8 = 50

12 Число каналов сопловой решётки. Шт.

Zc = П*d*e/t = 3,14*1,09*0,45166/0,05 = 31 шт

13 Уточняем шаг в сопловой решётки. мм

t = П*d*e/Zc = 3,14*1090*0,45166/31 = 49,87мм

8. РАСЧЁТ РАБОЧЕЙ РЕШЁТКИ

1 Распологаемый теплоперепад рабочей решётки. КДж/кг

Нор = *Но = 0,1*100 = 10

2 Абсолютная скорость входа пара на рабочие лопатки. м/с

С1 = 0,97*427,26 = 414,44

10.3 Строим входной треугольник скоростей.

W1 = 250 1 =20,5C2 =120 2 = 42

5 Высота рабочей лопатки, принимается из условия:

l2 = l1+1+2 = 18,07+1+2 = 21,07мм

6 Теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки.

W2t = 2000*Hop+W1 = 2000*10+250² = 287,23 м/с

7 Действительная относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки.

W2 = W2t* = 287,23*0,86 = 247,02м/с

8 Относительный угол входа потока пара на рабочую решётку.

2 = 1-(2-5) = 20,5-3 = 17,5

9 Строим входной треугольник скоростей.

11 Потеря энергии в рабочей решётке. КДж/кг

hp = (1-)-W2t/2000 = (1-0,86² )*287,23² * 2000 = 10,74

12 Потеря энергии с выходной скоростью

hвс = С2/2000 =120² /2000 = 7,2

13 Число Маха.

М2t = W2t/k*P2*V2t*10 = 287,23/1,3*6,3*0,052*10³= 0,44

14 Выбираем профиль рабочей решётки.

Р-26-17А

tопт = 0,7 в2 = 25,72 В = 25 W = 0,225

16 Шаг решётки.

t = в2*tопт = 25,72*0,7 = 18,004

17 Число каналов рабочей решётки.

Zp = *d/t = 3,14*1090/18,004 = 190

18 Уточняем шаг в рабочей решётке.

t = *d/Zp = 3,14*1090*10 ³ = 18,014

11 Изгибающее напряжение в рабочей лопатке. МПа

изг = Ru*l2/2*Zp*e*W = 16544,95*0,021/2*190*0,45*0,225 = 9,01 МПа

Ru = G*(W1*cos1+W2*cos2) =35,55*(250*cos20,5+247,02*cos17,5) = 16544,95 Н

12 Относительный лопаточный КПД ступени.

а) по потерям в ступени:

ол = Но-(hc+hp+hвс)/Но = 100-(2,7+10,74+7,2)/100 = 0,79

б) по проекциям скоростей:

ол = И*(C1*cos1+C2*cos2)/Ho*10 = 172,18*(414,4*cos11+ 120*cos42)/100*10 ³ = 0,85

13 Относительный внутренний КПД ступени.

oj = ол-тр-парц

тр = Ктр*d/F1*(И/Сф) = 0,6*10*1,09/0,0048*(172,18/447) = 0,0085

парц = 0,065/sin1*1-е-0,5-екож/е*(И/Сф)+0,25*В*l2/F1 (И/Сф)*ол*n

пар = 0,065/sin11*1-0,45-0,5*0,49/0,45*(172,18/447)+0,25 *25*0,26/0,0048*(172,18/447,21)*0,82*4 = 0,048

oj = 0,82-0,0085-0,048 = 0,76

14 Полезно используемый теплоперепад в регулирующей ступени. КДж/кг

Hj = Ho*oj = 100*0,76 = 76

15 Внутренняя мощность ступени. КВт

Nj = G*Hj = 35,22*76 = 2676,72

9. РАСЧЁТ НЕРЕГУЛИРУЕМЫХ СТУПЕНЕЙ ЧАСТИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

16 Давление пара перед отсеком.

Ро = Р2 = 6300

Р2 = 1100

17 Диаметр первой нерегулируемой ступени.

d = d-d = 1,09-0,25= 0,84

18 Оптимальное отношение скоростей.

Хф = И/Сф = 0,4897

19 Распологаемый теплоперепад первой нерегулируемой ступени. КДж/кг

ho = 12,325*(d/Xф) = 12,325*(0,84/0,489) = 36,26

20 Теплоперепад в сопловой решётке. КДж/кг

hoc = (1-) *ho = (1-0,1)*36,26 = 32,63

21 Высота сопловой решётки. м

l1 = G*V1/*d*e**C1t*sin1

l1 = 35,22*0,059/3,14*0,84*1*0,98*255,45*sin12 = 0,015

С1t = 44,72*32,63 = 255,45

22 Высота рабочей решётки первой ступени.

l2 = l1+1+2 = 15+1+2 = 18 мм

23 Корневой диаметр ступени.

dk = d-l2 = 0,84-0,018 = 0,822

24 Распологаемый теплоперепад по статическим параметрам пара перед ступенью принимаем одинаковый для всех ступеней, кроме первой.

ho = ho*ko = 36,26*0,95 = 34,45

25 Коэффициент возврата тепла.

= Кt*(1-oj)*Ho*Z-1/Z = 4,8*10*(1-0,89)*495*14,37-1/14,37 = 0,0242

Z = Ho/ho = 495/34,45 = 14,36865

26 Число ступеней отсека. шт.

Z = (1+)*Ho/(ho)ср = (1+0,0224)*463/39,59 = 11,9

(ho)ср = ho+(Z-1)*ho/Z = 36,26+(14-1)*34,45/14 = 34,58 кДж/кг

27 Невязка Ho, КДж/кг, должна быть распределена между всеми ступенями первого отсека.

Ho = (1+)*Ho-ho = (1+0,0242)*495-518,56 = -11,581

ho = ho+ho*(Z-1) = 36,26+34,45*(15-1) = 518,56

28 Поправка к теплоперепаду для каждой ступени (кроме первой).

29 Скорректированный теплоперепад ступени.

ho = hoho = 34,45-0,769 = 33,681

10. СВОДНАЯ ТАБЛИЦА РАСЧЁТА ДЛЯ ПЕРВЫХ ПЯТИ СТУПЕНЕЙ В ОТСЕКЕ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

№	Наименование величины	Обозначение	Размерность	Формула	№
					1	2	3	4	5
1	Скорректированный распологаемый теплоперепад ступени.	ho	КДж/кг	Для первой ступени (п.19) Следующие (п.29)	36,26	33,681	33,681	33,681	33,681
2	Удельный объём пара из рабочей решётки.	V2	м/кг	Из hs - диаграммы	0,06	0,064	0,07	0,078	0,085
3	Произведения высоты рабочей решётки на диаметр ступени.	l2*d	м	l2*d*V2/V2	0,015	0,016	0,0176	0,0197	0,021
4	Высота рабочей решётки.	l2	м		0,0179	0,019	0,021	0,023	0,0248
5	Высота сопловой Решётки.	l1	м	l2-(1+2)	0,0149	0,016	0,018	0,02	0,0218
6	Диаметр ступени.	d	м	dk+l2	0,84	0,841	0,843	0,845	0,847

11. ПОДРОБНЫЙ РАСЧЁТ ПЕРВЫХ ПЯТИ НЕРЕГУЛИРУЕМЫХ СТУПЕНЕЙ (С ПОСТРОЕНИЕМ ТРЕУГОЛЬНИКОВ СКОРОСТЕЙ)

№	Наименование величины	Обозна-чение	Размер-ность	Формула	№
					1	2	3	4	5
1	Расход пара	G	Кг/с	Из расчёта (п.7)	35,22	35,22	35,22	35,22	35,22
2	Теплоперепад ступени по статическим параметрам.	ho	КДж/кг	Из расчёта (п.30.1)	36,26	33,681	33,681	33,681	33,681
3	Давление за ступенью.	Р2	МПа	Из hs-диаграммы	5,8	5,1	4,7	4,2	3,75
4	Условная скорость истечения пара из сопл.	Сф	м/с	44,72ho	269,29	259,53	259,53	259,53	259,53
5	Средний диаметр ступени.	d	м	Из расчёта(п.30.6)	0,84	0,841	0,843	0,845	0,847
6	Окружная скорость на среднем диаметре	И	м/с	*d*n n = 50 c	131,88	132,02	132,35	132,67	132,98
7	Оптимальное отношение скоростей	Хф		И/Сф	0,49	0,51	0,51	0,511	0,512
8	Степень реакции.			Из расчёта (п.18)	0,1	0,1	0,11	0,12	0,13
9	Распологаемый теплоперепад сопловой решётки.	hoc	КДж/кг	(1-)*ho	32,63	30,31	29,98	29,64	29,3
10	Теоретический удельный объём пара за сопловой решёткой	V1t	м/кг	Из hs-диаграммы	0,059	0,63	0,069	0,075	0,081
11	Давление за сопловой решёткой.	Р1	МПа	Из hs-диаграммы	5,9	5,2	4,85	4,3	3,8
12	Абсолютная теоретическая скорость выхода пара из сопловой решётки.	С1t	м/с	44,72hoc	255,45	246,2	244,86	243,47	242,07
13	Скорость звука на выходе из сопловой решётки.	а1t	м/с	1000*к*Р1*V1t к = 1,3	666,98	652,6	645,84	647,5	632,57
14	Число Маха	М1t		C1t/a1t	0,38	0,377	0,379	0,376	0,383
15	Коэффициент расхода сопловой решётки	1	м	По рисунку	0,942	0,942	0,942	0,943	0,944
16	Выходная площадь сопловой решётки	F1	м		0,0086	0,0096	0,011	0,012	0,0125
17	Средний угол выхода пара из сопловой решётки	1			12	13	13	14	14
18	Профиль сопловой решётки				С90-12А	С90-12А	С90-12А	С90-12А	С90-12А
19	Хорда профиля	в1	мм	Из альбома профилей	62,5	62,5	62,5	62,5	62,5
20	Ширина профиля	В1	мм	Из альбома профилей	34	34	34	34	34
21	Относительный шаг сопловой решётки	tопт	мм	Из альбома профилей	0,8	0,8	0,8	0,8	0,8
22	Шаг сопловой решётки	t1	мм	в1*tопт	50	50	50	50	50
23	Количество сопл	Z1	шт	*d/t1	53	53	53	53	53
24	Высота сопловой решётки	l1	м	Из расчёта (п.30.5)	0,0149	0,016	0,018	0,02	0,0218
25	Коэффициент скорости сопловой решётки				0,95	0,95	0,952	0,96	0,96
26	Абсолютная скорость выхода пара из сопловой решётки	С1	м/с	*С1t	242,68	233,89	233,11	233,73	232,39
27	Построение входного треугольника скоростей
28	Угол направления относительной скорости W1	1		Из треугольника скоростей	27	28	30	31	32
29	Относительная скорость выхода пара из соп. решётки	W1	м/с	Из треугольника скоростей	120	110	110	110	110
30	Потеря энергии в сопловой решётке	hc	КДж/кг	(1-)*hoc	3,18	2,96	2,81	2,32	2,3
31	Распологаемый Теплоперепад рабочей решётки	hop	КДж/кг	*ho	3,6	3,37	3,7	4,04	4,38
32	Теоретическая относительная скорость пара на выходе из рабочей решётки	W2t	м/с	44,7hop++W1/2000	146,96	137,25	139,64	142,05	144,43
33	Теоретический удельный объём пара за рабочей решёткой	V2t	м/с	Из hs-диаграммы	0,063	0,065	0,072	0,078	0,085
34	Скорость звука на выходе из рабочей решётки	2t			689,2	656,5	663,26	652,59	643,72
35	Число Маха	M2t		W2t/2t	0,213	0,209	0,211	0,218	0,224
36	Эффективный угол выхода пара с рабочей решётки	2	град.	2=1-5	24	25	27	28	29
37	Коэффициент расхода рабочей решётки	2		Рис.3.	0,942	0,942	0,942	0,943	0,944
38	Выходная площадь рабочей решётки	F2	М2	G*V2t/2**W2t	0,016	0,018	0,019	0,021	0,022
39	Высота рабочей решётки	L2	м	П.30.4	0,0179	0,019	0,021	0,023	0,0248
40	Профиль рабочей решётки			Табл. 3	Р-35-25А	Р-35-25А	Р-35-25А	Р-46-29А	Р-46-29А
41	Хорда профиля	в2	мм	Табл. 3	25,47	25,47	25,47	25,6	25,6
42	Ширина профиля	B2	мм	Табл. 3	25	25	25	25	25
43	Относительный шаг рабочей решётки	tопт		Табл. 3	0,6	0,6	0,6	0,5	0,5
44	Шаг рабочей решётки	t2	мм	b2* tопт	15,28	15,28	15,28	12,8	12,8
45	Коэффициент скорости рабочей решётки			=0,96--0,014*b2/e2	0,94	0,94	0,94	0,94	0,95
46	Относительная скорость пара на выход из рабочей решётки	w2	м/с	w2=/w2t	138,14	129,015	131,26	133,53	137,21
47	Построение выходного треугольника скоростей
48	Количество рабочих лопаток	Z2	Шт.	*d/t2	173	173	173	207	208
49	Угол выхода потока пара из рабочей решётки	2	Град.	Из тр-ка Скоростей	96	110	109	104	106
50	Абсолютная скорость пара на выходе из рабочей решётки	С2	м/с	Из тр-ка	50	50	60	60	65
51	Окружное усилие, действующее на рабочие лопатки	Ru	Н	G*(w1*cos1++w2*cos2)	8210,4 9	7538,9 4	7474,0 4	7473,3 3	7512,4 3
52	Изгибающее напряжение на рабочих лопатках	изг.	МПа	Ru*l2/2*Z2**e *Wмин	2,5	2,5	2,7	3,7	3,9
53	Потери энергии в рабочей решётке	hр	кДж/кг	(1-2)*w2t//2000	1,26	1,09	1,13	1,17	1,02
54	Потеря энергии с выходной скоростью	hвс	кДж/кг	С2/2000	1,25	1,25	1,8	1,8	2,1
55	Относительный лопаточный КПД	ол			0,84	0,84	0,83	0,84	0,84
56	Относительное значение потери на трение	тр		Ктр*d2/F1 Где ктр=0,6*10-3
57	Относительное значение утечки через диафрагменное уплотнение	у1		0,002-0,004	0,002	0,0025	0,003	0,0035	0,004
58	Относительное значение потери от перетекания пара через периферийный зазор над лопатками	у2		0,02-0,06	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06
59	Внутренний относительный КПД ступени	0i		-у1-у2--тр	0,81	0,8	0,78	0,78	0,77
60	Внутренняя мощность ступени	Ni	кВт	G*h0*0i	1034,4	948,89	925,27	925,27	913,41

12. РАБОТА ТУРБИНЫ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ПРОПУСКЕ ПАРА

Наиболее напряжёнными деталями турбины являются рабочие лопатки, особенно лопатки регулирующих ступеней, ступеней, примыкающих к камерам отборов, последних ступеней. Поэтому в первую очередь необходимо знать, как изменяется напряжённость рабочих лопаток при изменении режима. Вторым узким местом в турбине является её упорный подшипник, надёжность работы которого при нормальной эксплуатации определяется осевыми усилиями, приложенными к ротору. При отдельных режимах слабыми могут оказаться и другие детали турбоустановки, например, диафрагмы, валопровод, подшипники, паропровод.

Снижение экономичности турбоустановки и турбины при переходе на частичный режим работы является, как правило, неизбежным, и вопрос состоит только в том, как необходимо осуществлять частичные режимы, с тем, чтобы потеря в экономичности была минимальна.

При переменном пропуске пара через отсек турбины изменение давления и температуры перегретого пара перед и за ним приближённо подчиняется формуле Флюгеля-Стодолы:

G / G₀ = T₀₀ / T₀₁ p²₀₁ /p²₀₀ - p²₌₁ / p²_=0, (1)

Где p₀₀, T₀₀ - давление и температура перед отсеком; p₌₀ - давление за отсеком при некотором, например, номинальном попуске пара G₀; p₀₁; T₀₀;- те же величины для расхода пара G на изменном режиме.

Поскольку параметры пара G_0, p_00, T_00, p₌₀ для номинального режима известны и могут рассматриваться как постоянные, то видно, что соотношение (1) связывает четыре величины для изменного режима: расход пара G, давление p₀₁, температуру T₀₁, перед отсеком и давление за отсеком p₌₁. Три этих величины могут быть заданы, а четвёртая определиться соотношением (1).

Соотношение (1) справедливо при одном условии: при двух сравниваемых режимах рассматриваемые отсеки (или вся турбина) должны иметь одни и те же проходные сечения.

Во многих случаях отношение абсолютных температур в проточной части изменяется мало, поэтому T₀₀ T₀₁ и формула (1) может быть упрощена. Для конденсационного режима для всех отсеков, начиная с регулирующей ступени, p²₂ p²₀, и тогда приближённо верно соотношение:

G / G₀ = p₀₁ /p₀₀, (2)

Т.е. в проточной части турбины при конденсационном режиме давления пара в ступенях пропорциональны расходу пара.

Для турбин с противодавлением отклонения от пропорциональности тем больше, чем выше противодавление и чем ближе рассматриваемая ступень к концу турбины.

При работе турбины при теплофикационном режиме пропорциональность давление в ступенях и расходе пара на турбину нарушается в тем большей степени, чем ближе ступень расположена к регулируемому отбору пара и чем выше давление в отборе.

Таким образом, при изменении пропуска пара через турбину изменяются параметры перед и за ступенью, что в общем случае приводит к изменению теплоперепада ступени; это влечёт за собой изменение треугольников скоростей, отклонение отношения скоростей Xф от оптимального и снижение КПД ступени.

При изменении расхода пара через группу ступеней изменяются их теплоперепады, однако это в основном относится к последней или нескольким последним ступеням группы. Все остальные ступени работают практически с неизменными теплоперепадами.

Для всех ступеней отсека, кроме нескольких последних, при изменении пропуска пара отношение Xф остаётся практически постоянным, и поэтому их КПД не изменяется.

Отсюда также следует ряд важных выводов, определяющих надёжность работы теплофикационной турбины.

Если теплофикационная турбина работает на конденсационном режиме и расход через ЦНД увеличится сверх расчетного (например, из-за отключения ПВД), то теплоперепад последней ступени возрастает в наибольшей степени, и она окажется перегруженной.

Если теплофикационная турбина работает по теплофикационному графику и одноступенчатом нагреве сетевой воды, то при увеличении тепловой нагрузки расход пара через промежуточный отсек увеличивается, и теплоперепад его последней ступени (её часто называют «предотборной») увеличиться в наибольшей степени.

Особенно сложно изменяются теплоперепады ступеней промежуточного отсека при двухступенчатом нагреве сетевой воды, когда изменение давлений перед отсеком и за ним зависит от многих факторов, в частности, от расхода и температуры обратной сетевой воды.

Другой важный вывод состоит в том, что при изменении отношения скоростей Xф изменяется реактивность . Увеличение реактивности при том же давлении за ступенью приводит к увеличению осевого давления на диск соответствующей ступени.

При уменьшении отношения скоростей Xф, вызванном увеличением теплоперепада ступени и P2 = const, осевое давление на диск уменьшается.

Таким образом, при изменении расхода пара через группу ступеней осевое усилие, действующее на рабочие диски и рабочие лопатки этой группы, изменяется пропорционально расходу пара.

Приведённые положения теории переменного режима позволяют рассмотреть работу теплофикационных турбин различного типа при переменном пропуске пара.

13. РАБОТА ТУРБИНЫ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ РЕЖИМЕ С ПОСТОЯННЫМ НАЧАЛЬНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Рассмотрим переменный режим турбин, ...